一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法

发布时间: 2023-10-09

来源: 科技服务团

基本信息

合作方式：技术转让

成果类型：发明专利

行业领域：

电子信息技术

成果介绍

本发明涉及一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法，该智能监测系统由全同弱光纤光栅含水率传感器、全同弱光纤光栅解调分析仪、气象站和远程电源管理器组成。标定方法如下；将全同弱光纤光栅含水率传感器埋入待测土体，选取标定全同弱光纤光栅在其周围布置常规含水率传感器，并配置给水管；通过给水管给土体定点输水，对土体含水率进行监测；用常规含水率传感器测值对全同弱光纤光栅含水率传感器测得的最大升温值进行标定，拟合获得含水率与最大升温值的标定曲线。本发明采用全同弱光纤光栅传感器构建传感阵列，并结合人工智能算法，能实现对土体含水率长距离、高密度的精细化智能监测，并通过原位标定方法提高传感器标定曲线的精度。

成果亮点

一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统由弱光纤光栅阵列含水率传感器、弱光纤光栅解调分析仪、气象站和具备远程控制能力的电源管理器四部分及各部分之间的连接线路构成。其中，热脉冲弱光纤光栅阵列含水率传感器由三孔高导热性管和管内贯穿的光纤、镍铬电热丝组成，光纤上分布有全同弱光纤光栅，高导热性管孔内与镍铬电热丝、光纤间的孔隙使用导热材料充填。传感器中的镍铬电热丝通过导线和电源管理器连接，光纤通过光纤引线和弱光纤光栅解调分析仪连接。所述弱光纤光栅阵列含水率传感器可单独使用、也可以相互串联、并联连接构成监测网。弱光纤光栅解调分析仪由解调模块、分析模块、控制模块组成，分析模块内置人工智能算法。

团队介绍

刘喜凤，朱鸿鹄，王家琛，曹鼎峰，程刚，施斌，李杰，刘威南京大学，简称“南大”，位于江苏省南京市，系中华人民共和国教育部直属、中央直管副部级建制的全国重点大学，位列国家“双一流”、“985工程”、“211工程”重点建设高校，入选“珠峰计划”、“强基计划”、“111计划”、“2011计划”，为九校联盟（C9）、中国大学校长联谊会、环太平洋大学联盟、21世纪学术联盟、全球大学高研院联盟、国际应用科技开发协作网、东亚研究型大学协会、亚洲校园、金砖国家大学联盟、新工科教育国际联盟、中国高校行星科学联盟、长三角研究型大学联盟、学位授权自主审核单位、长三角可持续发展大学联盟、中俄综合性大学联盟、长三角高校智库联盟成员，首批国家级双创示范基地、国家大学生创新性实验计划、大学通识教育联盟

成果资料

产业化落地方案

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成果综合评价报告

评价单位：“科创中国”大地感知与智慧控灾技术产业科技服务团 (中国岩石力学与工程学会) 评价时间：2023-11-30

朱鸿鹄

南京大学

教授

综合评价

经专家组评估，一种基于热脉冲全同弱光纤光栅阵列的土壤含水率智能监测系统及原位标定方法展现了令人振奋的潜力。专家们一致认为，该技术具备高精度、实时监测和非侵入性等优点，适用于农业、水资源管理等领域对土壤含水率监测的需求。系统能够实时采集和分析土壤温度数据，并通过计算得出含水率，有效预测土壤水分变化，为农田灌溉和水资源管理提供准确指导，提升农作物产量和品质。同时，低能耗设计使其适合长期运行和大规模应用。原位标定方法确保了数据的准确性和可靠性，受到专家们的一致肯定。综上所述，专家组认为该系统在农业、生态环境保护以及水资源管理等领域具有广阔的市场应用前景，将为农业智能化发展提供有效支持。

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